KR20170130859A

KR20170130859A - 공작기계용 칼럼 구조물 및 이를 구비하는 머시닝 센터

Info

Publication number: KR20170130859A
Application number: KR1020160061614A
Authority: KR
Inventors: 장영준
Original assignee: 두산공작기계 주식회사
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2017-11-29

Abstract

공작용 칼럼 구조물을 개시한다. 칼럼 구조물은 상판 및 하판과 제1 및 제2 측판으로 한정되는 내부공간을 구비하는 입체형 몸체, 제1 및 제2 측의 표면에 분산 배치되어 냉각재 유동경로를 제공하는 다수의 냉각기, 냉각기와 인접하게 배치되어 냉각기가 배치된 몸체의 국소영역에 대한 온도인 국소온도를 검출하는 다수의 온도센서, 냉각기로 공급되는 냉각재의 공급유량을 개별적으로 제어하는 다수의 유량 조절기 및 다수의 온도센서 및 다수의 유량 조절기와 연결되어 국소온도의 평균온도보다 높은 국소온도를 상기 평균온도로 낮추도록 상기 공급유량을 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

공작기계용 칼럼 구조물 및 이를 구비하는 머시닝 센터{COLUMN STRUCTURE FOR A MACHINING CENTER AND MACHINING CENTER HAVING THE SAME}

본 발명은 공작기계용 칼럼 구조물 및 이를 구비하는 머시닝 센터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수평형 머시닝 센터의 칼럼 구조물 및 이를 구비하는 수평형 머시닝 센터에 관한 것이다.

일반적으로 수평형 머시닝 센터는 베드의 가공영역에서 팔레트에 의해 지지된 공작물을 회전하는 수평 스핀들에 고정된 공구를 이용하여 가공한다. 이때, 공구를 고정하는 상기 스핀들은 베드의 측부에서 베드의 높이 방향을 따라 고정된 칼럼 구조물(column structure)에 이동 가능하게 고정된다.

상기 스핀들은 공구가 장착되는 스핀들 헤드와 상기 스핀들 헤드와 일체로 제공되고 3축 방향을 따른 공간이동과 회전축 방향을 따른 회전이동을 수행하는 몸체를 구비하고 상기 칼럼 구조물에 고정된다. 상기 칼럼 구조물의 내부에는 상기 몸체에는 스핀들의 공간이동 및 회전이동을 수행하는 볼 스크류와 볼 스크류를 구동하는 서보 모터가 배치된다.

팔레트 구조물에 의해 가공대상 공작물이 안착된 팔레트가 베드의 대기영역에서 가공영역으로 이동되어 테이블 상에 고정되면, 가공형상에 대한 수치제어 정보를 구비하는 제어기에 의해 가공작업에 적당한 공구가 선택되어 상기 스핀들 헤드에 장착된다.

이어서, 가공목적에 적합한 좌표계를 중심으로 공작물과 공구의 중심을 일치시키는 좌표 정렬을 수행하여 공작물과 공구가 공유할 수 있는 좌표계를 설정하고 상기 좌표계를 중심으로 공작물에 대한 가공이 수행된다.

이때, 스핀들은 가공이 수행되는 동안 가공부하가 인가된 상태에서 다양한 선형이동과 회전이동을 수행하게 되며 이에 따라 스핀들이 장착된 칼럼 구조물에 다양한 변형을 유발하게 된다. 예를 들면, 공작물에 대한 가공이 수행되는 동안 상기 공구는 절삭에 필요한 운동 하중으로 공작물과 접촉한 상태에서 회전하게 되고 상기 공구가 장착한 스핀들은 선형운동 및 회전운동을 하면서 가공형상에 맞게 이동하게 된다.

상기 스핀들 이송과 공구 회전에 따라 칼럼 구조물과 접촉한 스핀들 어셈블리에 구동열이 발생하고 상기 구동열은 칼럼 구조물 전체의 위치와 형상을 변형시키게 된다.

예를 들면, 스핀들 헤드를 구동하는 볼 스크류(ball screw)의 편심에 의해 스핀들 헤드의 좌측과 우측의 대칭이 파괴되는 경우 스핀들 헤드의 고속 회전으로 인한 발열의 편차가 발생하게 된다. 상기 구동열 편차는 스핀들 헤드가 장착된 칼럼 구조물에 변형을 생성시켜 칼럼 구조물의 장비오차를 유발하게 된다. 또한, 공구가 배치된 칼럼 공작물의 전면은 공작물에 대한 가공이 직접 수행되므로 칼럼 공작물의 후면과 비교하여 상대적으로 구동열에 의한 변형이 증가하게 된다.

공작물에 대한 가공이 진행되는 동안에 발생되는 칼럼 구조물의 열변형은 칼럼 구조물에 장착된 스핀들과 공구의 위치에 오차를 생성하고 이는 가공불량을 초래하는 원인으로 기능하게 된다.

가공불량을 초래하는 칼럼 구조물의 열변형을 방지하기 위해 칼럼 구조물의 내부에 유로를 형성하고 상기 유로를 따라 냉각제(coolant)를 순환시키면서 칼럼 구조물 전체를 냉각시키고 있다.

그러나, 종래의 칼럼 냉각은 다량의 냉각제가 요구되고 칼럼 구조물의 내부에 유로가 생성되어 조립과 유지 보수의 어려움이 있다. 또한, 칼럼 구조물 내부의 냉각유로를 따라 냉각제가 일정하게 유동하는 방식이므로 스핀들을 중심으로 한 발열부위에 대한 집중적인 관리가 어렵고 이에 따라 칼럼 구조물의 온도편차로 인한 열변형은 효율적으로 제어되지 않아 가공 정밀도를 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 국부온도를 검출하여 냉각제의 유동을 개별적으로 제어함으로써 열평형을 용이하게 달성함으로써 열변형을 방지할 수 있는 공작기계용 칼럼 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 칼럼 구조물을 구비하는 머시닝 센터를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 공작기계용 칼럼 구조물은 상판 및 하판과 제1 및 제2 측판으로 한정되는 내부공간을 구비하는 입체형 몸체, 상기 제1 및 제2 측의 표면에 분산 배치되어 냉각재 유동경로를 제공하는 다수의 냉각기, 상기 냉각기와 인접하게 배치되어 상기 냉각기가 배치된 상기 몸체의 국소영역에서 국소온도를 검출하는 다수의 온도센서, 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 개별적으로 제어하는 다수의 유량 조절기, 및 상기 국소온도들의 평균온도보다 높은 상기 국소영역에 배치된 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 증가시키도록 상기 유량 조절기를 제어하는 유량 제어기를 포함한다.

일실시예로서, 상기 다수의 냉각기 및 상기 다수의 온도센서는 상기 제1 및 제2 측판의 외측면 및 내측면에 서로 일대일 대응하도록 각각 배치된다.

일실시예로서, 상기 다수의 냉각기는 상기 제1 및 제2 측판에서 상기 칼럼 구조물의 길이방향 및 폭방향을 따라 서로 대칭적으로 배치된다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 머시닝 센터는 일방향을 따라 연장하는 베드 구조물, 상기 베드 구조물 상에 이동 가능하게 결합되고 가공대상 공작물을 고정하는 테이블, 상기 베드 구조물의 측부에 배치되어 상기 공작물을 가공하는 공구를 장착하는 스핀들 어셈블리가 고정되는 칼럼 구조물 및 상기 칼럼 구조물의 표면에 배치되어 국소영역의 표면온도에 따라 상기 국소영역을 유동하는 냉각제의 유량을 제어하여 상기 칼럼 구조물의 온도를 일정하게 유지하는 열평형 제어기를 포함한다.

일실시예로서, 상기 칼럼 구조물은 상판 및 하판과 제1 및 제2 측판으로 한정되는 내부공간을 구비하는 입체형 몸체를 구비하고, 상기 열평형 제어기는 상기 제1 및 제2 측의 표면에 분산 배치되어 냉각재 유동경로를 제공하는 다수의 냉각기, 상기 냉각기와 인접하게 배치되어 상기 냉각기가 배치된 상기 몸체의 국소영역에서 국소온도를 검출하는 다수의 온도센서, 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 개별적으로 제어하는 다수의 유량 조절기 및 상기 국소온도들의 평균온도보다 높은 상기 국소영역에 배치된 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 증가시키도록 상기 유량 조절기를 제어하는 유량 제어기를 구비한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 공작기계용 칼럼 구조물 및 이를 구비하는 머시닝 센터는 칼럼 구조물의 국소영역에 개별적으로 냉각기와 온도센서를 배치하여 각 국소영역에 대하여 개별적으로 국소온도를 검출하고 평균온도 이상을 갖는 국소영역에 대한 냉각기의 냉각재 공급유량을 증가시켜 방열량을 개별적으로 높일 수 있다. 특히, 개별적으로 배치되는 냉각기와 온도센서를 발열에 의해 열변형 가능성이 높은 영역에 집중적으로 배치함으로써 발열소스를 개별적으로 제어함으로써 칼럼 구조물의 열변형을 원천적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 상기 칼럼 구조물의 국소영역별 편차를 허용범위 이내로 유지함으로써 칼럼 구조물의 열변형을 최소화 시킴으로써 상기 칼럼 구조물의 열변형으로 인한 공작물과 공구의 정렬불량을 방지하고 머시닝 센터의 가공 정밀도를 현저하게 높일 수 있다

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수평형 머시닝 센터를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2a는 칼럼 구조물의 전방부 및 우측부에 배치된 열평형 제어기를 나타내는 사시도이다.
도 2b는 칼럼 구조물의 전방부 및 우측부에 배치된 열평형 제어기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2a의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 열평형 제어기의 제어회로를 나타내는 블록 다이어그램이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수평형 머시닝 센터를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 수평형 머시닝 센터(1000)는 일방향을 따라 연장하는 베드 구조물(100), 상기 베드 구조물(100)에 이동 가능하게 결합되고 가공대상 공작물을 고정하는 테이블(200), 상기 베드 구조물(100)의 측부에 배치되어 상기 공작물을 가공하는 공구를 장착하는 스핀들 어셈블리(390)가 결합되는 칼럼 구조물(300) 및 상기 칼럼 구조물(300)의 표면에 배치되어 국소영역의 표면온도에 따라 상기 국소영역을 유동하는 냉각제의 유량을 제어하여 상기 칼럼 구조물(300)의 온도를 일정하게 유지하는 열평형 제어기(400)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 베드 구조물(100)은 상부에 배치되는 구조물을 지지할 수 있을 정도의 강도를 구비하는 일체형 구조물로서 폭보다 길이가 긴 형상으로 제공된다. 상기 베드 구조물(100) 상에는 팔레트 구조물(미도시), 테이블(200) 및 팔레트 구조물과 테이블(200) 구동요소와 같은 부수장치가 구비된다.

베드 구조물(100)은 대기영역과 가공영역으로 구분되고 대기영역에는 가공대기 공작물을 탑재할 수 있는 팔레트가 배치되고 가공영역에는 상기 테이블(200)이 배치되고 테이블(200)의 상면에는 가공대상 공작물이 팔레트(110)에 탑재되어 고정된다.

대기영역과 가공영역은 게이트(미도시)에 의해 분리되고 자동 팔레트 교환기(미도시)와 같은 팔레트 교환수단에 의해 대기영역과 가공영역 사이에서 팔레트는 자동으로 교환된다. 이에 따라, 가공이 완료된 공작물이 구비된 팔레트는 테이블(200)로부터 분리되어 대기영역으로 이송되고 대기영역에서 대기중인 팔레트는 가공영역으로 이송되어 테이블(200)에 고정된다.

상기 테이블(200)은 상기 베드 구조물(100)의 결합부(C)에 고정되고 가공대상 공작물(미도시)은 테이블(200)에 장착된다. 본 실시예의 경우, 상기 가공대상 공작물은 자동 팔레트 교환기(automatic pallet changer, ATC)의 팔레트(110)와 일체로 테이블(200)에 장착될 수 있으며 가공이 완료되면 상기 팔레트(110)와 함께 테이블(200)로 분리될 수 있다.

상기 테이블(200)은 작업환경이나 공작물에 대한 가공의 종류에 따라 다양한 형상과 구조를 갖도록 제공되며 머시닝 센터(1000)의 주된 용도에 맞게 머시닝 센터(1000)와 일체로 제공될 수도 있고 가공의 필요성에 따라 머시닝 센터와 별개로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 테이블(200)은 상기 베드 구조물(100)에 탈착 가능한 구조를 갖고 공작물에 대한 가공의 필요에 따라 수시로 교체될 수 있다. 테이블(200)은 제1 방향(x)을 따라 이동 가능하게 베드(100) 상에 배치될 수 있다.

상기 칼럼 구조물(300)은 베드 구조물(100)의 측부에서 베드 구조물(100)의 상면에 수직한 제3 방향(z)을 따라 연장하고 내부공간(S)을 구비하는 쉘(shelll)형 몸체(310)를 구비한다. 상기 몸체(310)는 상기 내부공간의 높이를 한정하는 상판 및 하판(도 2a의 U,B)과 제1 방향(x)을 따른 폭을 한정하는 제1 및 제2 측판(도 2a의 311,312)을 구비한다. 상기 칼럼 구조물(300)은 수직한 제2 방향(y)을 따라 이동 가능하게 배치된다.

상기 전방부(F)에는 공작물을 가공하기 위한 공구(미도시)가 장착되는 스핀들 어셈블리(390)가 고정되고 후방부(R)에는 머시닝 센터(1000)의 구동에 필요한 부수장치가 배치된다. 예를 들면, 상기 머시닝 센터(1000)를 구동하는 중앙 제어부(미도시)가 칼럼 구조물(400)의 후방부(R)에 배치될 수 있다.

상기 스핀들 어셈블리(390)는 제2 방향(y)과 나란한 축 방향을 실린더 헤드(391)를 구비하고 상기 공구는 상기 실린더 헤드(391)에 장착된다. 이때, 상기 테이블(200) 상에 고정된 공작물은 가공의 중심축이 상기 제2 방향(y)을 향하도록 배치된다. 이에 따라, 상기 공구의 중심축과 공작물의 가공 중심축은 수평방향인 제2 방향(y)을 따라 정렬된다. 상기 공구는 스핀들 헤드(391)의 축을 중심으로 고속 회전하면서 공작물을 절삭한다.

이때, 상기 스핀들 헤드(391)는 제1 내지 제3 방향(x,y,z)을 따른 선형이동 및 회전이동이 가능하도록 배치되고 상기 스핀들 어셈블리(390)가 배치된 칼럼 구조물(300)도 제2 방향을 따라 이동 가능하게 배치된다.

테이블(200) 상에 팔레트(110)가 고정되어 가공대상 공작물이 안착되면, 공구 교환기에 의해 가공목적에 부합하는 공구가 선택되어 상기 스핀들 헤드(391)에 장착되고 가공의 특성 및 공구의 규격에 따라 상기 테이블(200)과 스핀들 어셈블리(390)에 대한 상대적인 이격거리를 조절할 수 있도록 칼럼 구조물(300)을 이송시킨다.

예를 들면, 상대적으로 길이가 긴 공구를 이용하여 공작물을 관통하는 가공을 수행하는 경우에는 테이블(200)과 스핀들 어셈블리(390) 사이의 간격을 멀게 설정하도록 칼럼 구조물(300)을 테이블(200)로부터 멀어지도록 이송하고 상대적으로 짧은 길이를 갖는 공구를 이용하여 공작물(MO)의 표면에 리세스를 형성하는 경우에는 테이블(200)과 스핀들 어셈블리(390) 사이의 간격을 가깝게 설정할 수 있도록 칼럼 구조물(300)을 테이블(200)쪽으로 가까워지도록 이송할 수 있다.

이어서, 상기 공작물과 공구가 공유할 수 있는 좌표계를 이용하여 공작물 상의 가공위치와 공구의 끝단이 일치되도록 상기 스핀들 헤드(391)의 위치를 보정한다.

따라서, 상기 칼럼 구조물(300)의 내부에는 상기 칼럼 구조물(300) 및 스핀들 헤드(391)를 구동하기 위한 다양한 구동수단(미도시)을 구비하고, 공작물에 대한 가공작업이 진행되는 동안 원하는 가공형상을 따라 스핀들 헤드(391)를 구동하며 필요한 경우 칼럼 구조물(300)의 위치도 수정하도록 구동하게 된다.

이에 따라, 상기 칼럼 구조물(300)은 구동부의 연속적인 구동에 따른 구동열에 따라 가열된다. 특히, 칼럼 구조물(300)의 전방부(F)는 스핀들 헤드(391)의 구동에 의한 구동열뿐만 아니라 절삭으로 인한 가공열이 함께 발생하여 칼럼 구조물(300)의 전방부(F)는 후방부(R)와 비교하여 표면온도가 높고 상대적으로 큰 열 변형을 받을 수 있다. 이에 따라, 전방부(F)의 변형 폭이 증가하여 칼럼 구조물(300)이 후방부(R)를 향하여 기울어질 수 있다.

뿐만 아니라, 스핀들 헤드(391)를 구동하는 볼 스크류의 편심에 따라 스핀들 헤드의 좌측과 우측의 비대칭 회전이 발생하는 경우 좌측 또는 우측의 일측에서의 열변형이 상대적으로 우세하여 칼럼 구조물(300)이 좌측 또는 우측의 어느 일측에서 표면온도가 상대적으로 더욱 증가하고 이에 따라 좌측 또는 우측의 어느 일방으로 칼럼 구조물(300)이 기울어질 수 있다.

이에 따라, 상기 칼럼 구조물(300)에는 표면 온도를 저하시켜 열변형을 억제하기 위한 열평형 제어기(400)를 배치한다. 상기 열평형 제어기(400)는 칼럼 구조물(300)의 다수 검출영역에서 국소온도를 검출하여 평균온도 이상인 검출영역으로 공급되는 냉각제의 유량을 선택적으로 제어함으로써 칼럼 구조물(300)의 전체 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 칼럼 구조물(300)이 열변형의 차이로 인하여 기울어지는 것을 방지할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 열평형 제어기에 관한 일실시예를 나타내는 도면이다. 도 2a는 칼럼 구조물의 전방부 및 우측부에 배치된 열평형 제어기를 나타내는 사시도이며, 도 2b는 칼럼 구조물의 전방부 및 우측부에 배치된 열평형 제어기를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 2a의 A 부분을 확대한 도면이며, 도 4는 도 1에 도시된 열평형 제어기의 제어회로를 나타내는 블록 다이어그램이다.

도 2a 내지 도 4를 참조하면, 상기 열평형 제어기(400)는 상기 칼럼 구조물(300)의 국소영역 표면에 분산 배치되고 상기 칼럼 구조물과의 열교환을 통해 칼럼 구조물의 온도를 저하시키는 냉각제가 유동하는 다수의 냉각기(410), 상기 냉각기(410)와 인접하게 배치되어 상기 국소영역의 표면온도인 국소온도를 검출하는 다수의 온도센서(420), 상기 냉각기(410)로 공급되는 냉각제의 유량을 개별적으로 제어하는 다수의 유량 조절기(430) 및 상기 국소온도가 허용범위 이내에서 균일한 온도를 갖도록 상기 유량 조절기를 제어하여 상기 냉각기(410)로 공급되는 냉각제의 유량을 개별적으로 제어하는 유량 제어기(440)를 포함한다.

예를 들면, 상기 냉각기(410)는 내부에 길이방향을 따라 연장하여 상기 냉각제가 유동하는 유로를 제공하는 홀(H)을 구비하는 세장형 몸체(slender bar, B)로 구성되며, 상기 칼럼 구조물(300)의 몸체(310) 표면을 따라 개별적으로 다수 배치된다.

특히, 상기 냉각기(410)는 스핀들 헤드(391)나 구동요소와 인접한 영역을 중심으로 개별적으로 다수 배치하여 상대적으로 높은 온도를 갖는 칼럼 구조물(300)의 고온 영역을 집중적으로 냉각할 수 있다.

예를 들면, 상기 홀(H)은 냉각제의 공급유로와 방출유로로 제공되는 한 쌍의 홀(H)을 구비하고 상기 세장형 몸체(B)는 알루미늄이나 구리와 같이 열전도율이 우수한 금속성 물질로 구성될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 냉각기(410)는 상기 제1 측판(311)의 외측면(311a)에 배치된 4개의 외측 제1 냉각기(411a) 및 상기 내부공간(S)을 한정하는 상기 제1 측판(311)의 내측면(311b)에 배치된 4개의 내측 제1 냉각기(411b)를 구비하는 제1 냉각기(411)와 상기 제2 측판(312)의 외측면(312a)에 배치된 4개의 외측 제2 냉각기(412a)와 상기 내부공간(S)을 한정하는 상기 제2 측판(312)의 내측면(312b)에 배치된 4개의 내측 제2 냉각기(412b)를 구비하는 제2 냉각기(412)로 구성된다.

이때, 상기 외측면(311a 312a)에 배치된 냉각기(411a, 412a)는 상기 제2 방향(y)을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 몸체(310)의 길이방향을 따라 표면온도를 일정하게 유지함으로써 칼럼 구조물(300)의 전후 방향 열변형 및 뒤들림을 방지할 수 있다.

또한, 제1 측판(311)의 내측면(311a)과 외측면(311b)에 배치된 냉각기(411a와 411b)는 각각 제1 방향(x)을 따라 제1 측판(311)에 대하여 서로 대칭적인 위치에 배치시켜 몸체(310)의 폭 방향을 따라 표면온도를 일정하게 유지함으로써 칼럼 구조물의 좌우방향 열변형 및 뒤틀림을 방지할 수 있다.

상기 온도센서(420)는 상기 냉각기(410)와 일대일 대응을 이루도록 각 냉각기(410)의 주변부 몸체(310)의 표면에 배치된다. 본 실시예의 경우, 상기 냉각기(410)는 제1 및 제2 측판(311,312)에 개별적으로 분산 배치되므로, 상기 온도센서(420)도 제1 및 제2 측판(311,312)의 외측면 및 내측면에 각각 분산 배치된다.

따라서, 상기 온도센서(420)도 상기 제1 측판(311)의 외측면(311a)에 배치된 4개의 외측 제1 온도센서(421a) 및 상기 내부공간(S)을 한정하는 상기 제1 측판(311)의 내측면(311b)에 배치된 4개의 내측 제1 온도센서(421b)를 구비하는 제1 온도센서(421)와 상기 제2 측판(312)의 외측면(312a)에 배치된 4개의 외측 제2 온도센서(422a)와 상기 내부공간(S)을 한정하는 상기 제2 측판(312)의 내측면(312b)에 배치된 4개의 내측 제2 온도센서(422b)를 구비하는 제2 온도센서(422)로 구성된다.

상기 온도센서(420)는 각각의 위치에서 몸체 표면온도를 국소적으로 검출하여 상기 냉각기(410)에 대응하는 국소온도로 검출한다. 따라서, 온도센서(420)에 의해 검출된 각 국소온도는 상기 냉각기(410)가 배치된 주변부의 몸체(310) 표면온도를 나타낸다.

상기 냉각기(410)는 칼럼 구조물(300)의 전체 영역에서 상대적으로 열변형이 높을 것으로 예상되는 영역이므로, 국소온도로 검출되는 상기 국소영역은 칼럼 구조물(330)을 가열하는 발열소스로 취급할 수 있다.

상기 유량 조절기(430)는 배관을 통하여 상기 냉각기(410)와 개별적으로 연결되어 검출된 국소온도에 따라 상기 냉각기(410)로 공급되는 냉각재의 유량을 개별적으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 유량 조절기(430)는 상기 냉각재의 공급유량을 제어할 수 있는 제어밸브(control valve)를 구비할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 유량 조절기(430)는 냉각기(410)로 공급되는 냉각재의 공급유속을 높임으로써 상기 냉각기(410)에서의 열전달 효과를 높일 수 있다.

상기 유량 제어기(440)는 검출된 국소온도를 처리하여 몸체(310) 표면의 평균온도를 수득하고 평균온도보다 높은 제어온도를 추출한다. 상기 제어온도에 대응하는 냉각기(410)로 냉각제를 공급하는 유량 조절기(430)로 유량증가 신호를 인가함으로써 상대적으로 높은 온도로 검출된 국소영역에 배치된 냉각기(410)에서의 방열량을 높인다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 측판(311,312)의 전 영역을 통하여 몸체온도의 국소영역별 편차를 허용범위 이내로 유지할 수 있다.

상기 유량 제어기(440)는 칼럼 구조물(300)의 구동부(미도시)와 일체로 배치될 수도 있고, 상기 머시닝 센터(1000)의 수치제어 프로세서를 구비하는 중앙 제어부(미도시)의 일부로 함께 제공될 수 있다.

상기 냉각재는 개별적인 배관을 통하여 각 냉각기와 연결되고 냉각재 구동모터(M)를 구비하는 냉각 소스부(450)에 의해 각 냉각기(410)로 공급되고 상기 유량 조절기(430)는 상기 배관 상에 개별적으로 배치될 수 있다.

상술한 바와 같은 공작기계용 칼럼 구조물 및 이를 구비하는 머시닝 센터에 의하면, 칼럼 구조물의 국소영역에 개별적으로 냉각기와 온도센서를 배치하여 각 국소영역에 대하여 개별적으로 국소온도를 검출하고 평균온도 이상을 갖는 국소영역에 대한 냉각기의 냉각재 공급유량을 증가시켜 방열량을 개별적으로 높일 수 있다. 특히, 개별적으로 배치되는 냉각기와 온도센서를 발열에 의해 열변형 가능성이 높은 영역에 집중적으로 배치함으로써 발열소스를 개별적으로 제어함으로써 칼럼 구조물의 열변형을 원천적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 상기 칼럼 구조물의 국소영역별 편차를 허용범위 이내로 유지함으로써 칼럼 구조물의 열변형을 최소화 시킴으로써 상기 칼럼 구조물의 열변형으로 인한 공작물과 공구의 정렬불량을 방지하고 머시닝 센터의 가공 정밀도를 현저하게 높일 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

상판 및 하판과 제1 및 제2 측판으로 한정되는 내부공간을 구비하는 입체형 몸체;
상기 제1 및 제2 측의 표면에 분산 배치되어 냉각재 유동경로를 제공하는 다수의 냉각기;
상기 냉각기와 인접하게 배치되어 상기 냉각기가 배치된 상기 몸체의 국소영역에서 국소온도를 검출하는 다수의 온도센서;
상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 개별적으로 제어하는 다수의 유량 조절기; 및
상기 국소온도들의 평균온도보다 높은 상기 국소영역에 배치된 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 증가시키도록 상기 유량 조절기를 제어하는 유량 제어기를 포함하는 공작기계용 칼럼 구조물.
제1항에 있어서, 상기 다수의 냉각기 및 상기 다수의 온도센서는 상기 제1 및 제2 측판의 외측면 및 내측면에 서로 일대일 대응하도록 각각 배치되는 공작기계용 칼럼 구조물.
제2항에 있어서, 상기 다수의 냉각기는 상기 제1 및 제2 측판에서 상기 칼럼 구조물의 길이방향 및 폭방향을 따라 서로 대칭적으로 배치되는 공작기계용 칼럼 구조물.
일방향을 따라 연장하는 베드 구조물;
상기 베드 구조물 상에 이동 가능하게 결합되고 가공대상 공작물을 고정하는 테이블;
상기 베드 구조물의 측부에 배치되어 상기 공작물을 가공하는 공구를 장착하는 스핀들 어셈블리가 고정되는 칼럼 구조물; 및
상기 칼럼 구조물의 표면에 배치되어 국소영역의 표면온도에 따라 상기 국소영역을 유동하는 냉각제의 유량을 제어하여 상기 칼럼 구조물의 온도를 일정하게 유지하는 열평형 제어기를 포함하는 머시닝 센터.
제4항에 있어서, 상기 칼럼 구조물은 상판 및 하판과 제1 및 제2 측판으로 한정되는 내부공간을 구비하는 입체형 몸체를 구비하고, 상기 열평형 제어기는 상기 제1 및 제2 측의 표면에 분산 배치되어 냉각재 유동경로를 제공하는 다수의 냉각기, 상기 냉각기와 인접하게 배치되어 상기 냉각기가 배치된 상기 몸체의 국소영역에서 국소온도를 검출하는 다수의 온도센서, 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 개별적으로 제어하는 다수의 유량 조절기 및 상기 국소온도들의 평균온도보다 높은 상기 국소영역에 배치된 상기 냉각기로 공급되는 상기 냉각재의 공급유량을 증가시키도록 상기 유량 조절기를 제어하는 유량 제어기를 구비하는 머시닝 센터.